專利名稱：用于頻率合成器的相位切換雙模分頻器計(jì)數(shù)器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于頻率合成器的切換相位雙模預(yù)定標(biāo)器(dual-modulus)或分頻器計(jì)數(shù)電路。該電路在第一所選模式中通過第一因數(shù)和在第二所選模式中通過第二因數(shù)對(duì)至少一個(gè)高頻信號(hào)分頻。它包括串聯(lián)連接的多個(gè)異步二分頻器。該二分頻器之一是用以接收兩個(gè)反相輸入信號(hào)并且提供四個(gè)彼此相比有90°相移的信號(hào)的主從式。該電路進(jìn)一步包括一個(gè)插于兩個(gè)二分頻器之間的相位選擇器單元，其用以從主從式第一分頻器接收四個(gè)相移信號(hào)并將從四個(gè)相移信號(hào)中所選擇的一個(gè)信號(hào)提供給第二分頻器。一個(gè)控制單元提供控制信號(hào)給相位選擇器以便選擇相移信號(hào)。
頻率合成器用于在無線通信系統(tǒng)中并且通常在電信系統(tǒng)中提供高頻信號(hào)。該高頻信號(hào)可以用于解調(diào)接收到的RF信號(hào)。


圖1表示了一個(gè)常規(guī)的具有雙模預(yù)定標(biāo)器電路的頻率合成器的實(shí)施例。該合成器包括一個(gè)未示出的參考振蕩器，其提供一個(gè)穩(wěn)定頻率的參考信號(hào)Fref給相位和頻率檢測(cè)器2，該檢測(cè)器也從雙模預(yù)定標(biāo)器電路5接收分頻信號(hào)Fdiv以便將參考信號(hào)與分頻信號(hào)進(jìn)行比較。檢測(cè)器將表示為信號(hào)Fref和Fdiv之間的相位和頻率差的函數(shù)的比較信號(hào)提供給連接到壓控振蕩器(VCO)4的低通濾波器3。該壓控振蕩器接收源于低通濾波器的壓控信號(hào)以便該振蕩器產(chǎn)生至少一個(gè)取決于信號(hào)Fref和Fdiv之間比較結(jié)果的高頻信號(hào)。
壓控振蕩器可以是提供兩個(gè)反相高頻信號(hào)Fs和Fsb給鎖相環(huán)中預(yù)定標(biāo)器電路5的差分類型振蕩器。因此高頻信號(hào)Fs或Fsb中的至少一個(gè)信號(hào)能用于射頻信號(hào)接收器中的解調(diào)操作。
雙模預(yù)定標(biāo)器電路5按照取決于所選模式的分頻因數(shù)來執(zhí)行分頻。為此目的，一個(gè)具有兩個(gè)計(jì)數(shù)器A和B的邏輯電路用來向預(yù)定標(biāo)器電路提供模式選擇功能。邏輯電路6，其在本技術(shù)領(lǐng)域是人所共知的，由一個(gè)微處理器和分頻信號(hào)Fdiv控制。兩個(gè)計(jì)數(shù)器A和B在原則上由相同的時(shí)鐘信號(hào)來同步計(jì)時(shí)，但每個(gè)計(jì)數(shù)器在復(fù)位前所計(jì)的數(shù)是不同的。這樣能夠使邏輯電路6將一個(gè)模式信號(hào)提供給預(yù)定標(biāo)器電路以便在特定時(shí)期改變分頻模式。
雙模類型的預(yù)定標(biāo)器電路的幾個(gè)實(shí)施例已經(jīng)被提及，但由于這些電路必須以高速操作，因此它們比簡(jiǎn)單固定分頻比率的頻率分頻器(division ratio frequencydividers)更難設(shè)計(jì)。問題是，在使用第一和第二分頻因數(shù)實(shí)現(xiàn)頻率劃分時(shí)，電路的邏輯部分減慢了整個(gè)電路的速度。
US專利6067339描述了一個(gè)常規(guī)雙模預(yù)定標(biāo)器電路的實(shí)例。一方面，分頻因數(shù)是64或65，而另一方面是128或130，這取決于所選擇的模式。該電路具有一個(gè)用于選擇分頻因數(shù)的同步分頻第一部分和一個(gè)異步分頻第二部分。因此，該電路包括串聯(lián)連接的多個(gè)二分頻器。一個(gè)由同步分頻器組成的單元按照4或5分頻而其它的分頻器異步。
同步分頻器單元使用特定數(shù)量的邏輯門使得該電路能夠按照所選的兩個(gè)分頻因數(shù)之一對(duì)高頻信號(hào)分頻。在所述同步分頻器單元的關(guān)鍵路徑中的邏輯門可以導(dǎo)致最大輸入頻率的降低。該單元包括由相同的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)時(shí)的三個(gè)D類型觸發(fā)器，該時(shí)鐘信號(hào)是來自于第一二分頻器的一個(gè)輸出信號(hào)。然而，該單元的一個(gè)觸發(fā)器僅用于取得分頻因數(shù)65或130。
以上類型的同步分頻單元通常用來直接接收高頻信號(hào)。結(jié)果，同步分頻器單元中的觸發(fā)器在高頻上操作，其從功率消耗的觀點(diǎn)看是不利的。該問題的部分解決方法是在US專利6037339中所描述的電路，其中一個(gè)異步二分頻器在同步分頻器單元之前。然而，第一分頻器僅對(duì)高頻信號(hào)的頻率進(jìn)行二分頻，這就意味著同步分頻器單元的觸發(fā)器要以更高的頻率來操作。
這種類型的電路的另一個(gè)缺點(diǎn)是無法按照兩個(gè)分頻因數(shù)對(duì)頻率分頻進(jìn)行細(xì)調(diào)，特別是由于第一二分頻器用于降低高頻信號(hào)的頻率。因此通過在其間具有細(xì)小差別的分頻因數(shù)來提供分頻是不可能的。
雙模預(yù)定標(biāo)器電路避免使用同步分頻器單元的實(shí)例在IEEE集成電路期刊，1996年7月7日第31卷由Mrs.Craninckx和Michiel S.J.Steyaert所寫的文章中進(jìn)行了描述。與本發(fā)明相似，這個(gè)雙模預(yù)定標(biāo)器電路僅包括串聯(lián)的異步二分頻器。因此該雙模電路包括了一個(gè)由相位選擇器中斷(interrupt)以可進(jìn)行128或129分頻的七個(gè)異步的二分頻器的鏈。僅第一二分頻器操作在最高頻率上，也就是至少一個(gè)所接收到的高頻信號(hào)Fin的頻率。
一個(gè)主從式第二二分頻器連接到第一二分頻器上并且在由第一分頻器提供的兩個(gè)反相信號(hào)的基礎(chǔ)上將彼此相比相移為90°的信號(hào)提供給相位選擇單元。相對(duì)于由該主從式分頻器提供的四個(gè)信號(hào)中的第一個(gè)信號(hào)，其他的信號(hào)相移為90°，180°，270°。選擇器單元包括兩個(gè)差分放大器用以放大和選擇四個(gè)相移信號(hào)，以及用以在輸出端提供四個(gè)信號(hào)中所選定的一個(gè)信號(hào)的選擇裝置。
通過與所選模式相關(guān)的控制邏輯單元來控制選擇器單元。在第一所選模式中，所述電路必須按照等于128的分頻因數(shù)對(duì)高頻信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻。在此情況下，在所有分頻期中，選擇器單元僅僅選擇四個(gè)信號(hào)中的一個(gè)。在第二所選模式中，電路必須按照等于129的分頻因數(shù)對(duì)高頻信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻。為了取得該因數(shù)，在與控制單元所產(chǎn)生的控制信號(hào)相關(guān)的選擇單元內(nèi)引起四個(gè)相移信號(hào)中的兩個(gè)之間的相位切換。所以在每個(gè)分頻期，能夠獲得由第二分頻器提供的第一信號(hào)和與第一信號(hào)相比相位延遲90°的第二信號(hào)之間的相位切換。為此目的，控制單元由最后的二分頻器的輸出信號(hào)計(jì)時(shí)以便將該控制信號(hào)提供給相位選擇器單元以在每個(gè)分頻期間引起相位切換。
為改變與選擇模式相關(guān)的控制單元的狀態(tài)，一個(gè)NAND類型邏輯門接收模式信號(hào)和來自于最后一個(gè)二分頻器的輸出信號(hào)。如果模式信號(hào)的值為0，那么在控制單元輸出信號(hào)的變化就不受影響。另一方面，如果模式信號(hào)的值為1，那么輸出信號(hào)被與非門反轉(zhuǎn)以對(duì)控制電路計(jì)時(shí)并使得選擇器單元執(zhí)行信號(hào)的相位切換。需要注意的是選擇單元的控制部分不再完全同步。
在由Mrs.Craninckx和Michiel S.J.Steyaert所寫的文章中所描述的解決方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)在第二選擇模式中相位切換時(shí)，在選擇器單元的輸出信號(hào)中可能發(fā)生電壓降落。通過從第一信號(hào)到第二信號(hào)時(shí)選擇器內(nèi)的變化而導(dǎo)致這些電壓降落，其中所述第二信號(hào)與第一信號(hào)相比存在90°相位延遲。在這種情況下，分頻因數(shù)可能不再是129，甚至可能遠(yuǎn)低于128，因?yàn)樵谶x擇器單元的輸出信號(hào)中有額外的脈沖。為了避免這個(gè)由于用于提供控制信號(hào)的邏輯部分不能很快地起作用的事實(shí)所導(dǎo)致的問題，提供給所述電路的輸入端的高頻信號(hào)的頻率必須較高。另一方面，如果所述高頻信號(hào)的頻率不足夠的高，那么在相位切換時(shí)在輸出信號(hào)中就會(huì)發(fā)生電壓降落。
為了解決這個(gè)問題，有必要在由控制單元提供的控制信號(hào)中減緩轉(zhuǎn)變的開始和/或斜度?？紤]到所接收將被分頻的高頻信號(hào)的頻率，可以證明在控制信號(hào)中調(diào)整轉(zhuǎn)變的開始和/或斜度是很困難的。
如在圖5a中所看見的那樣，如果選擇裝置的控制信號(hào)C0有一個(gè)相對(duì)陡的轉(zhuǎn)變斜率l1，那么在輸出信號(hào)F4中就會(huì)發(fā)生較高電壓降落。另一方面，如果轉(zhuǎn)變斜率l2平滑，那么在輸出信號(hào)F4中的電壓降落在實(shí)際上對(duì)分頻因數(shù)不會(huì)有更深的影響。不過，很顯然，由Mrs.Craninckx和Michiel S.J.Steyaert所寫的文章中所描述的電路通常不能對(duì)頻率相對(duì)低的信號(hào)分頻。高頻信號(hào)必須要有一個(gè)比特定的最小頻率高的頻率。此外，電壓降落的問題也取決于雙模預(yù)定標(biāo)器電路的供電電壓。正因?yàn)榇耍娐穬H能在特定的最小與最大電壓之間操作。
這樣，本發(fā)明的主要目的就是給一個(gè)高速雙模預(yù)定標(biāo)器提供特別用于在切換相位時(shí)避免不當(dāng)壓降的裝置以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
為此，本發(fā)明包括一個(gè)先前所述類型的雙模預(yù)定標(biāo)器，其中，在從兩個(gè)模式中所選定的一個(gè)模式下，調(diào)整控制單元用以提供控制信號(hào)給選擇器單元以便其在每個(gè)分頻時(shí)期，在每個(gè)支路所選的兩個(gè)相移信號(hào)之間引起相位切換，第二相移信號(hào)與第一相移信號(hào)相比相位超前90°。
本發(fā)明的雙模預(yù)定標(biāo)器電路的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不依賴于提供到電路的輸入端的高頻信號(hào)的頻率。由于第一信號(hào)和與第一信號(hào)相比相位超前90°的第二信號(hào)間的相位切換，選擇器單元的輸出信號(hào)中不會(huì)發(fā)生電壓降落。因此，不需要減緩控制信號(hào)的開始和/或斜率。
本發(fā)明的高速雙模預(yù)定標(biāo)器電路可以在特定的最小供給電壓到任何更高的電壓上操作。供給電壓對(duì)切換相移信號(hào)的相位沒有影響。
本發(fā)明的雙模預(yù)定標(biāo)器電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)分頻因數(shù)彼此之間可以非常接近。這樣就允許在頻率合成器的鎖相環(huán)中對(duì)高頻信號(hào)的頻率進(jìn)行微調(diào)。例如，在第一所選模式中，高頻信號(hào)的頻率可以按照等于64的第一因數(shù)分頻。在第二所選模式中，高頻信號(hào)的頻率可以按照等于63.5的第二因數(shù)分頻。
本發(fā)明的雙模預(yù)定標(biāo)器電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是控制單元由相應(yīng)于分頻器鏈上的最后一個(gè)二分頻器的輸出信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)同步計(jì)時(shí)。因此時(shí)鐘信號(hào)不會(huì)干擾在控制單元中的時(shí)鐘操作。而且，由所述控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)沒有干擾和/或延遲。
相位選擇器單元優(yōu)選地具有接收四個(gè)相移信號(hào)中的兩個(gè)的第一選擇支路，接收其余兩個(gè)相移信號(hào)的第二支路，和連接于每個(gè)支路的一個(gè)選擇元件。每個(gè)支路包括一個(gè)由控制信號(hào)控制的差分放大器以便選擇兩個(gè)相移信號(hào)之一。要注意的是每個(gè)差分放大器控制信號(hào)在由選擇器單元的選擇元件所選中信號(hào)改變之前是穩(wěn)定的。
要注意的是在分頻器鏈中二分頻器的使用，特別是異步分頻器的使用促進(jìn)了所述的高速雙模預(yù)定標(biāo)器電路的實(shí)施。
雙模預(yù)定標(biāo)器電路的目的、益處和特點(diǎn)將根據(jù)附圖所示實(shí)施例的以下描述而更加清晰，其中圖1，已經(jīng)說過，表示一個(gè)具有雙模預(yù)定標(biāo)器電路的常規(guī)頻率合成器，圖2表示本發(fā)明的一個(gè)雙模預(yù)定標(biāo)器電路，圖3表示本發(fā)明雙模預(yù)定標(biāo)器電路的控制單元的一個(gè)實(shí)施例，其包括多個(gè)觸發(fā)器和邏輯門，圖4顯示了與控制信號(hào)轉(zhuǎn)變有關(guān)的選擇器單元中的相移信號(hào)間的相位切換和由切換相移信號(hào)的相位而產(chǎn)生的選擇器單元輸出信號(hào)的曲線圖，圖5a，已經(jīng)說過，顯示的是在第一信號(hào)和與第一信號(hào)相比相位遲延90°的第二信號(hào)之間的相位切換以及根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)切換相移信號(hào)的相位而產(chǎn)生的選擇器單元輸出信號(hào)的曲線圖，和圖5b顯示的是在第一信號(hào)和與第一信號(hào)相比相位遲延90°的第二信號(hào)之間的相位切換以及根據(jù)本發(fā)明切換相移信號(hào)的相位而產(chǎn)生的選擇器單元輸出信號(hào)曲線圖。
要注意的是，由于其對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是人所共知的，因此雙模預(yù)定標(biāo)器或分頻器計(jì)數(shù)電路在以下的描述中不再詳細(xì)描述。
如以上參考圖1所描述的那樣，雙模預(yù)定標(biāo)器電路用于頻率合成器的控制環(huán)中。例如，該合成器可在用于短距離無線通信的小型便攜裝置中的射頻信號(hào)發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)中使用。用于短距離無線通信的射頻信號(hào)的頻率接近0.5GHz，例如434MHz。作為一般的規(guī)則，頻率合成器提供高頻率信號(hào)用以解調(diào)射頻信號(hào)。例如，設(shè)計(jì)合成器以將其合并到包含一塊小蓄電池或電池的一個(gè)腕表中。特別地，雙模預(yù)定標(biāo)器電路必須在合成器操作期間消耗小電流。
本發(fā)明的雙模預(yù)定標(biāo)器電路部分基于在IEEE集成電路期刊1996年7月7日第31卷中刊登的由Mrs.Craninckx和Michiel S.J.Steyaert所寫的文章中所描述的電路。因此關(guān)于本發(fā)明雙模預(yù)定標(biāo)器電路中特定等效元件設(shè)計(jì)的更多細(xì)節(jié)，讀者可以參考該文章。
圖2顯示的是雙模預(yù)定標(biāo)器電路5，其被設(shè)計(jì)以在第一所選模式中按照第一因數(shù)N或在第二所選模式中按照第二因數(shù)N-M來進(jìn)行分頻。因數(shù)N優(yōu)選地為64，其是2的冪，因數(shù)N-M優(yōu)選地為63.5。其他的分頻因數(shù)值當(dāng)然也可以選擇。例如，如果選擇器單元是在第二和第三二分頻器之間，那么分頻因數(shù)將是64或63。
雙模預(yù)定標(biāo)器電路5包括二分頻器鏈10，12，一個(gè)在兩個(gè)二分頻器之間的相位選擇器單元11，和一個(gè)連接到選擇器單元并依據(jù)所選的模式向選擇單元提供控制信號(hào)S0，S1和S2的相位控制單元13。相位選擇器單元11在主從式第一分頻器10和分頻器單元的第一二分頻器12之間。
主從式分頻器基于相位相反的兩個(gè)高頻信號(hào)Fs和Fsb而向相位選擇單元11提供具有相對(duì)相差90°的四個(gè)信號(hào)F21，F(xiàn)21b，F(xiàn)2Q和F2Qb。由合成器的差分壓控振蕩器(vco)提供兩個(gè)高頻信號(hào)。要注意的是第一主從式分頻器是在最高頻率操作的唯一元件。
相位選擇器單元11的輸出信號(hào)F2的頻率在32-分頻器單元12中分頻。32-分頻器單元包括串聯(lián)的五個(gè)異步二分頻器。32-分頻器單元的輸出信號(hào)Fdiv向相位控制單元13提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)用以計(jì)數(shù)受控制單元影響的操作。輸出信號(hào)Fdiv也是一個(gè)分頻信號(hào)同時(shí)需要用于頻率合成器的相位和頻率檢測(cè)器中所引起的比較(comparison)。
相位選擇器單元11包括兩個(gè)放大選擇支路。每個(gè)支路包括一個(gè)差分放大器21，22。每個(gè)放大器21或22從主從式第一分頻器10接收四個(gè)相移信號(hào)中的兩個(gè)。由于來自于該分頻器的信號(hào)具有相對(duì)低的振幅，有必要在兩個(gè)支路中使用放大器來放大它們。
例如，放大器21接收正負(fù)同相信號(hào)F21和F21b，即兩個(gè)反相的第一信號(hào)，同時(shí)放大器22接收正和負(fù)正交信號(hào)F2Q和F2Qb，即反相的兩個(gè)第二信號(hào)。在每個(gè)支路中，通過控制信號(hào)S1，S2來選擇兩個(gè)信號(hào)之一。控制信號(hào)S1選擇信號(hào)F21或信號(hào)F21b。如果控制信號(hào)S1的值為0，那么放大器21放大并且選中信號(hào)F21。反之，如果控制信號(hào)的值為1，那么放大器21就選擇并放大相反的信號(hào)F21b。類似地，控制信號(hào)S2選擇信號(hào)F2Q或F2Qb。如果控制信號(hào)S2的值為0，那么放大器22放大并且選中信號(hào)F2Q，反之，如果控制信號(hào)S2的值為1，那么相反的信號(hào)F2Qb被放大器22選中和放大。很明顯，對(duì)于每個(gè)放大器而言可以改變相移信號(hào)的選擇，但是出于本發(fā)明的目的，對(duì)每個(gè)放大器，用以上描述的方式來選擇信號(hào)是優(yōu)選的。
電源向每一放大器21，22供電，雖沒有示出，但該電源提供了充足的電流以保證雙模預(yù)定標(biāo)器電路的快速操作。然而，所述放大器可以通過電壓源供電。
相位選擇器電路11還包括一個(gè)選擇元件23用以選擇一個(gè)相移信號(hào)以提供給所述單元的輸出端。例如，選擇元件可以是一個(gè)多路復(fù)用器。選擇元件接收每個(gè)支路的信號(hào)F1和FQ以及控制信號(hào)S0。信號(hào)S0使得選擇元件23選擇信號(hào)F1和FQ中的一個(gè)或另一個(gè)以便提供給輸出端。如果信號(hào)S0的值為0，那么信號(hào)F1被選，反之如果信號(hào)S0的值為1那么信號(hào)FQ被選。
在第一所選模式中，在相位選擇器單元11中沒有引起相位切換。這樣選擇器單元僅選擇四個(gè)相移信號(hào)中的一個(gè)以便提供同一頻率的輸出信號(hào)F2來作為所選的相移信號(hào)。在每一分頻期間，相同的相移信號(hào)構(gòu)成選擇單元的輸出信號(hào)F2。分頻期相對(duì)于預(yù)定標(biāo)器電路或分頻器計(jì)數(shù)器電路輸出的分頻信號(hào)的頻率而被確定。因此在這樣的第一模式中，控制單元13提供的控制信號(hào)S0，S1，和S2不隨時(shí)間改變。
在第二所選模式，在每一分頻周期結(jié)尾時(shí)，在選擇器單元中引起相位切換。選擇器單元中的相位切換與選擇器單元輸入端所接收到的第一信號(hào)和相位超前90°的第二信號(hào)之間的轉(zhuǎn)變相一致。因此選擇器單元11接收控制信號(hào)S0，S1和S2，其中的一些信號(hào)在每個(gè)分頻周期1/Fdiv中改變狀態(tài)用于相位切換。由于相移信號(hào)間的相位差別是90°并且僅有一個(gè)二分頻器在選擇器單元之前，因此第二分頻因數(shù)能等于63.5。本發(fā)明使用六個(gè)與相位選擇器單元相關(guān)的二分頻器來獲得這樣的一個(gè)因數(shù)。相位切換，即在每個(gè)分頻期中的四個(gè)相移信號(hào)中的兩個(gè)之間的轉(zhuǎn)變將參考圖4具體說明。
可以配置圖3所示的相位控制單元13以便根據(jù)模式信號(hào)的狀態(tài)而提供控制信號(hào)S0，S1，和S2給選擇器單元。在本實(shí)施例中，控制單元13有一個(gè)順序邏輯部分和一個(gè)組合邏輯部分。順序邏輯部分包括兩個(gè)觸發(fā)器31和34，組合邏輯部分包括邏輯門32，33和35的一個(gè)裝置。要注意的是順序邏輯部分由單個(gè)時(shí)鐘信號(hào)Fdiv來同步計(jì)時(shí)。該時(shí)鐘信號(hào)是分頻器鏈中二分頻器的輸出信號(hào)。
當(dāng)模式信號(hào)為1時(shí)，所有的D類型觸發(fā)器在由信號(hào)Fdiv產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖上傳輸輸入信號(hào)的狀態(tài)給它們的輸出Q。另一方面，當(dāng)模式信號(hào)為0時(shí)，每個(gè)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)在由信號(hào)Fdiv產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖上不改變。
反相器32連接在第一觸發(fā)器31的輸出Q和輸入D之間以便使得所述反相器反轉(zhuǎn)輸出信號(hào)S0從而產(chǎn)生信號(hào)S0b。因?yàn)檫@樣，信號(hào)S0在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上改變狀態(tài)。當(dāng)信號(hào)S0b高時(shí)它由低到高，而當(dāng)信號(hào)S0b低時(shí)它由高到低。
XOR邏輯門33在其輸入端接收輸入信號(hào)S0和與信號(hào)S2b相同的第二觸發(fā)器34的輸出信號(hào)Q，同時(shí)在第二觸發(fā)器的輸入端提供一個(gè)信號(hào)S1。最后，控制信號(hào)S2通過反相器35反轉(zhuǎn)信號(hào)S2b而獲得。
要注意的是控制單元13對(duì)信號(hào)的頻率低于在每個(gè)支路的放大器輸入端相移信號(hào)的頻率幾乎32倍的信號(hào)操作。與相位選擇單元11相比，單元13觸發(fā)器和邏輯門的低電流消耗對(duì)預(yù)定標(biāo)器電路上的消耗僅有輕微的影響。
在另一個(gè)實(shí)施例中，未在圖中示出，控制單元可以包括一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)非易失只讀存儲(chǔ)器(ROM)。
ROM包含特定數(shù)量的存儲(chǔ)器單元，該存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)有一個(gè)在給定時(shí)間表示每個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)的3比特二進(jìn)制字。在第二所選模式中，所有的存儲(chǔ)器單元可以被計(jì)數(shù)器連續(xù)并循環(huán)地訪問。因此計(jì)數(shù)器在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上從前一個(gè)存儲(chǔ)單元地址移動(dòng)到下一個(gè)地址。時(shí)鐘信號(hào)由分頻器鏈的最后一個(gè)二分頻器的輸出信號(hào)Fdiv產(chǎn)生。因?yàn)檫@樣，一些控制信號(hào)在從前一個(gè)存儲(chǔ)單元移動(dòng)到下一個(gè)存儲(chǔ)單元時(shí)，在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上改變狀態(tài)。在第一所選模式中，在每個(gè)時(shí)鐘脈沖上僅選擇一個(gè)存儲(chǔ)單元。
作為本領(lǐng)域技術(shù)人員背景知識(shí)的一部分，在此不再詳細(xì)地描述具有ROM的控制單元。
接下來將參考附圖4來解釋在與控制信號(hào)相關(guān)的相位選擇器單元中切換相移信號(hào)。該圖包括信號(hào)圖形，特別是在選擇器單元中的信號(hào)的曲線圖?，F(xiàn)在示出在每個(gè)分頻期，選擇器單元中發(fā)生的四個(gè)相位提前切換操作p1到p4。
在曲線圖中，信號(hào)Fs，F(xiàn)21，F(xiàn)21b，F(xiàn)2Q和F2Qb示為近似正弦曲線。由于主從式第一分頻器以高頻率操作，因此使用正弦信號(hào)而不使用實(shí)際上為方形脈沖波是有益處的。這樣避免了如果信號(hào)是方形脈沖，那么頻譜太寬，同時(shí)也降低了第一分頻器的消耗。
高頻信號(hào)Fs的頻率大約為434MHz。在第一二分頻器后，所有相移信號(hào)F21，F(xiàn)21b，F(xiàn)2Q和F2Qb的頻率均是被二分頻信號(hào)Fs的頻率。相對(duì)于信號(hào)F21，信號(hào)F2Qb相位超前90°，信號(hào)F21b相位超前180°，信號(hào)F2Q相位超前270°。因此信號(hào)F21，F(xiàn)21b，F(xiàn)2Q和F2Qb彼此之間相移為信號(hào)Fs的半個(gè)周期T0。
當(dāng)信號(hào)S2為1而信號(hào)S0和S1是從0到1時(shí)，選擇器單元在信號(hào)F21和F2Qb之間實(shí)現(xiàn)第一相位切換操作p1。因此表示所選中的一個(gè)相移信號(hào)的輸出信號(hào)F2，由于相位切換的原因，而在每個(gè)分頻期的末端具有縮短了半個(gè)周期T0的脈沖。因此具有這個(gè)短的脈沖的信號(hào)F2的周期是3T0，反之在選擇前它是4T0。
當(dāng)信號(hào)S1為1而信號(hào)S0和S1是從1到0時(shí)，在選擇器單元中實(shí)現(xiàn)信號(hào)F2Qb和F21b之間的第二相位切換p2操作。再一次，輸出信號(hào)F2由于相位切換而在分頻周期末端具有縮短了信號(hào)Fs的半個(gè)周期的脈沖。
當(dāng)信號(hào)S2為0，而信號(hào)S0是從0到1，信號(hào)S1是從1到0時(shí)，那么選擇單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)F21b和F2Q之間的第三相位切換操作p3。再一次，輸出信號(hào)F2由于相位切換而在分頻周期末端具有縮短了信號(hào)Fs半期的脈沖。
最后，當(dāng)信號(hào)S1是0，信號(hào)S0從1到0而信號(hào)S2是從0到1時(shí)，那么選擇器單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)F2Q和F21之間的第四相位切換操作p4。再一次，輸出信號(hào)F2由于相位切換而在分頻器周期末端具有縮短了信號(hào)Fs的半個(gè)周期的脈沖。
因此很清楚的看到通過在每個(gè)分頻周期中使信號(hào)F2的脈沖減少信Fs的半個(gè)周期T0，預(yù)定標(biāo)器電路對(duì)信號(hào)Fs的頻率進(jìn)行63.5分頻。由于在具有相位超前的切換時(shí)，電壓脈沖相對(duì)短，因此相比較于傳統(tǒng)的具有相位延遲的切換而言，電流不可避免的有輕微的提升。
現(xiàn)在參考圖5a和5b，其中的曲線圖顯示了在選擇器單元中具有相位超前的切換優(yōu)于相位延遲切換的優(yōu)點(diǎn)。
圖5a，已經(jīng)被描述過，顯示的是當(dāng)在第一信號(hào)F41和與第一信號(hào)相比相位延遲90°的第二信號(hào)F4Q之間切換時(shí)，相位選擇器單元輸出信號(hào)F4的波形。提供輸出信號(hào)F4的雙模預(yù)定標(biāo)器電路是在Mrs.Jan Craninckx和Michiel S.J.Steyaert的文章中所描述的先有技術(shù)。
如果高頻信號(hào)的頻率太低，用于相位切換目的的控制信號(hào)C0的從0到1轉(zhuǎn)變的斜度就非常高。如果信號(hào)C0的轉(zhuǎn)變的斜度11相對(duì)地陡峭，那么在信號(hào)F41和F4Q之間執(zhí)行相位切換操作pr時(shí)，在輸出信號(hào)F4中會(huì)發(fā)生大的電壓降落。為了使電壓降落最小化，因此需要改變電路以便控制信號(hào)C0的轉(zhuǎn)變斜度不會(huì)很陡。因此，如果控制信號(hào)C0有一個(gè)0到1的轉(zhuǎn)變斜度12，那么電壓降落將充分的小而對(duì)所選的分頻因數(shù)沒有影響。
很顯然，很難使作為高頻信號(hào)的頻率函數(shù)的預(yù)定標(biāo)器電路適應(yīng)以便在相位延遲切換操作期間防止輸出信號(hào)F4中的電壓降落。因此高頻信號(hào)的頻率不能比特定的閾值更低。
圖5b顯示的是在第一信號(hào)F21和與第一信號(hào)相比相位超前90°的第二信號(hào)F2Qb之間進(jìn)行切換時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的相位選擇器單元的輸出信號(hào)F2的波形。相比較于圖5a，在第一信號(hào)F21和與第一信號(hào)相比相位超前90°的第二信號(hào)F2Qb之間進(jìn)行相位切換操作pa期間沒有電壓降落。控制信號(hào)S0的轉(zhuǎn)變斜度相對(duì)更陡11或不很陡峭12都不對(duì)相位選擇器單元的輸出信號(hào)F2產(chǎn)生影響。因此根據(jù)本發(fā)明使用相位超前來執(zhí)行的相位切換，阻止了在輸出信號(hào)F2中不當(dāng)?shù)碾妷航德?。因此，本發(fā)明的預(yù)定標(biāo)器電路能夠?qū)哂袕慕咏?值到根據(jù)電路制作工藝而確定的最大值的頻率的信號(hào)進(jìn)行分頻。對(duì)高頻信號(hào)的最大頻率的限制可以超過2GHz。
基于先前的描述而不脫離權(quán)利要求書所限定的發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以得出預(yù)定標(biāo)器電路的多種變化形式。例如，相位選擇器單元可以包括一個(gè)具有四個(gè)輸入的多路復(fù)用器用以接收四個(gè)相位改變的信號(hào)，而不是兩個(gè)支路的兩個(gè)放大器和一個(gè)選擇器單元。該多路復(fù)用器必須能夠選擇四個(gè)信號(hào)中的一個(gè)，同時(shí)將其提供給該單元的輸出端。這樣的話，對(duì)于多路復(fù)用器來說，只要來自控制單元的兩個(gè)控制信號(hào)就足以能夠從四個(gè)相移信號(hào)中選擇一個(gè)。
權(quán)利要求
1.雙模預(yù)定標(biāo)器電路，其特別用于頻率合成器(1)，所述電路包括-串聯(lián)連接的多個(gè)異步二分頻器(10，12)，該分頻器(10)中的一個(gè)是主從式，用以接收兩個(gè)相位相反輸入信號(hào)(Fs，F(xiàn)sb)，提供四個(gè)彼此相對(duì)相移90°的信號(hào)(F2l，F(xiàn)2lb，F(xiàn)2Q，F(xiàn)2Qb)，-相位選擇器單元(11)插在兩個(gè)二分頻器(10，12)之間，用以接收來自主從式第一分頻器的所述四個(gè)相移信號(hào)并將該四個(gè)相移信號(hào)中所選定的一個(gè)信號(hào)提供給第二分頻器，向所述選擇器單元提供控制信號(hào)(S0，S1，S2)以便所述選擇器單元在將根據(jù)所選擇分頻模式所確定的分頻周期中，將四個(gè)相移信號(hào)中所選中的一個(gè)信號(hào)(F2)提供到它的輸出端，以及-控制單元(13)用來提供控制信號(hào)給選擇器單元，所述控制單元接收兩個(gè)二分頻器之一的一個(gè)輸出信號(hào)(Fdiv)以用于控制單元中計(jì)時(shí)操作并接收用來選擇模式的一個(gè)信號(hào)，該電路的特征在于，在兩個(gè)模式中所選定的一個(gè)模式里，控制單元(13)適合于提供控制信號(hào)(S0，S1，S2)給選擇器單元以便其能在每一分頻期間引起每個(gè)支路所選的兩個(gè)相移信號(hào)之間的相位切換，第二相移信號(hào)與第一相移信號(hào)相比相位超前90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于所述選擇器單元包括第一選擇器支路(21)用以接收兩個(gè)第一相移信號(hào)(F2l，F(xiàn)2lb)，第二選擇器支路(22)用以接收兩個(gè)第二相移信號(hào)(F2Q，F(xiàn)2Qb)，以及連接到每個(gè)支路的選擇元件(23)，控制信號(hào)(S0，S1，S2)提供給第一和第二分支以及選擇元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于每個(gè)支路包括一個(gè)差分放大器(21，22)用以放大所接收到的相移信號(hào)，每個(gè)放大器由相應(yīng)控制信號(hào)(S1，S2)中的一個(gè)控制以便將兩個(gè)相移信號(hào)中的一個(gè)提供到差分放大器的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于相位選擇器單元在第一和第二二分頻器之間并且從主從式第一二分頻器(10)接收四個(gè)信號(hào)。
5.根據(jù)以上任一個(gè)權(quán)利要求的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于它包括六個(gè)異步二分頻器(10，12)以便在第一模式中按照等于64的因數(shù)獲得分頻，其中控制信號(hào)(S0，S1，S2)在每一特定的分頻周期不改變狀態(tài)因此在選擇器單元中僅選擇四個(gè)相移信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，以及在第二模式中按照等于63.5的因數(shù)二獲得分頻，其中，在每個(gè)特定的分頻周期，某一控制信號(hào)改變狀態(tài)以便引起第一相移信號(hào)和與第一相移信號(hào)相比相位超前90°的第二相移信號(hào)之間相位切換從而在每一分頻周期的末端，選擇器單元在輸出端提供四個(gè)相移信號(hào)中不同的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于控制單元包括通過最后一個(gè)二分頻器的輸出信號(hào)(Fdiv)來同步計(jì)時(shí)的兩個(gè)D類型觸發(fā)器(31，34)以及用來給選擇器單元提供控制信號(hào)的邏輯門(32，33，35)裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于第一反相器(32)被安置在第一觸發(fā)器(31)的輸入端和一個(gè)非反相輸出端之間，第一觸發(fā)器的輸出信號(hào)提供選擇元件(23)的控制信號(hào)(S0)，其中一個(gè)XOR邏輯門(33)在它的輸入端接收第一觸發(fā)器的輸出信號(hào)和第二觸發(fā)器(34)的非反相輸出信號(hào)，以便提供對(duì)應(yīng)于第一支路(21)的控制信號(hào)(S1)的第二觸發(fā)器的輸入信號(hào)，以及其中一個(gè)第二反相器(35)連接到第二觸發(fā)器的非反相輸出，以便提供第二支路(22)的控制信號(hào)(S2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于控制單元包括一個(gè)如只讀存儲(chǔ)器之類的非易失存儲(chǔ)器，用來在特定單元上存儲(chǔ)多個(gè)二進(jìn)制字，每個(gè)二進(jìn)制字用以表示每個(gè)特定分頻周期控制信號(hào)的狀態(tài)，以及一個(gè)由最后一個(gè)二分頻器的輸出信號(hào)計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器，用于在第二所選模式中每個(gè)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)送一個(gè)連續(xù)的存儲(chǔ)器單元或在第一所選模式中保持特定的存儲(chǔ)器單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求2，3和5中的任一的預(yù)定標(biāo)器電路，特征在于第一支路接收兩個(gè)相位相反相移信號(hào)(F2l，F(xiàn)2lb)，第二支路接收另外的兩個(gè)相位相反的相移信號(hào)(F2Q，F(xiàn)2Qb)，以及當(dāng)在選擇器單元的選擇元件中的第一和第二所選相移信號(hào)之間相位切換時(shí)，在選擇元件中先于相位切換的周期進(jìn)行各自支路中的一個(gè)的第二相移信號(hào)的控制信號(hào)的選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于頻率合成器的雙模分頻器計(jì)數(shù)器電路，其包括幾個(gè)串聯(lián)連接的1∶2異步分頻器，一個(gè)插入在兩個(gè)1∶2分頻器(10，12)之間的相位選擇器塊(11)和用以根據(jù)所選模式提供控制信號(hào)(S0，S1，S2)給選擇器塊的一個(gè)控制塊(13)。所述選擇器塊從第一主從式分頻器接收四個(gè)彼此相相比相移90°的信號(hào)同時(shí)從四個(gè)相移信號(hào)中提供一個(gè)選中的信號(hào)?？刂菩盘?hào)(S0，S1，S2)提供給選擇器塊用來在特定的分頻周期中從四個(gè)相移信號(hào)中選擇一個(gè)信號(hào)(F2)?；谠谒x模式中由控制塊(13)提供的控制信號(hào)，選擇器塊在每個(gè)分頻周期中，操作由每個(gè)支路所選的兩個(gè)相移信號(hào)間的相位切換。所選的第二相移信號(hào)與第一相移信號(hào)相比相位超前90°。
文檔編號(hào)H03L7/081GK1565081SQ02819645
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月5日
發(fā)明者A·卡薩格蘭德 申請(qǐng)人:阿蘇拉布股份有限公司